EP1297880B1 - Luftfilter für Verbrennungsmotoren - Google Patents

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EP1297880B1
EP1297880B1 EP02102388A EP02102388A EP1297880B1 EP 1297880 B1 EP1297880 B1 EP 1297880B1 EP 02102388 A EP02102388 A EP 02102388A EP 02102388 A EP02102388 A EP 02102388A EP 1297880 B1 EP1297880 B1 EP 1297880B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air
tubes
outlet
passage
inlet
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02102388A
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English (en)
French (fr)
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EP1297880A2 (de
EP1297880A3 (de
Inventor
Paul Coulonvaux
Patrick Delaunay
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Donaldson Co Inc
Original Assignee
Donaldson Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Donaldson Co Inc filed Critical Donaldson Co Inc
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Publication of EP1297880A3 publication Critical patent/EP1297880A3/de
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Publication of EP1297880B1 publication Critical patent/EP1297880B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/0002—Casings; Housings; Frame constructions
    • B01D46/0005—Mounting of filtering elements within casings, housings or frames
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2411—Filter cartridges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/42—Auxiliary equipment or operation thereof
    • B01D46/4281—Venturi's or systems showing a venturi effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/02—Air cleaners
    • F02M35/024—Air cleaners using filters, e.g. moistened
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2279/00—Filters adapted for separating dispersed particles from gases or vapours specially modified for specific uses
    • B01D2279/60—Filters adapted for separating dispersed particles from gases or vapours specially modified for specific uses for the intake of internal combustion engines or turbines

Definitions

  • the invention relates to an air filter for internal combustion engines, which one of a Has housing body and a housing cover existing filter housing, which an air inlet opening, an air outlet opening and an inside of the filter housing arranged filter element, which the interior of the filter housing in a Inlet and an outlet air space divided.
  • Air filters of the type mentioned are known in the art.
  • the filter housing in use, including cuboid and cylindrical filter housings.
  • various forms of the filter element common, such as cuboid filter elements with rectangular cross-section and cylindrical filter elements with annular cross-section and many others.
  • Such Air filters are regularly arranged in the intake tract of internal combustion engines and have the task to clean the sucked in by the internal combustion engine ambient air.
  • the object of the invention is therefore to provide a device which in at small footprint the intake noise of internal combustion engines reduced.
  • the task is performed by a in the intake stroke of an internal combustion engine arranged air filter solved which according to claim 1 within the Air Filter Housing Various co-operating elements for reduction having the sound energy of the intake noise.
  • the air filter according to the invention comprises a filter housing, which consists of a Housing body and a housing cover consists and in its interior Receives filter element.
  • the filter housing has an air inlet opening, through which the air sucked from the environment into the air filter housing can enter and an air outlet through which the air filter cleaned air, the air filter housing in the direction of the engine can leave.
  • the air filter element divides the filter housing into an intake air space, which is vented from a through the air inlet opening Inlet air inlet section and an inlet air collecting section consists and an outlet air space which is vented through the air outlet opening.
  • a first set of tubes is arranged, which the Connect inlet air inlet section with the inlet air collection section and through which the entire air flowing through the filter is passed. After the air the first set of tubes located in the intake air space has passed, it is passed through the filter element and in the usual way cleaned.
  • the filter element may, as stated above, different Have shapes. Usual filter elements are made regularly a multi-folded paper medium, which pores with a certain Diameter or within a certain diameter range having.
  • This channel is shaped as a Venturi nozzle whose Narrowing in the direction of air flow after a steep cross-sectional constriction the channel is located near the air inlet of the channel. Behind the narrowest point extends the channel to its original cross-section in one flat course.
  • the channel divides the outlet air space into one Outlet air collecting section and a channel section and conducts the entire the air flowing through the filter to the air outlet, where they the filter housing leaves and through channels of the intake tract to the internal combustion engine is directed.
  • the air is after Passage through the filter element in a pipe section of the channel collected, in which they through a variety of breakthroughs, preferably square openings, in the peripheral wall of the pipe section can occur. From this pipe section, the air in the axial direction in passed the formed as Venturi nozzle channel section.
  • An embodiment of the invention provides that the air after passage through the channel shaped as Venturi nozzle through radial openings in a channel portion formed as a pipe section flows to the air outlet opening.
  • a second set of tubes is arranged, which the outlet air space in an outlet air pre-pipe section and an outlet air outlet section divide. Through this second set of tubes enters the flowing through the channel section Air through and is directed to the air outlet.
  • a further embodiment of the invention provides that the filter housing and the filter element have a cylindrical shape.
  • the as Venturi nozzle formed channel and those arranged in the intake air space Tubes should be aligned axially parallel to the central axis of the filter element.
  • Another embodiment of the invention provides that the first sentence Tubes on the air inlet side of the tubes on a plate-shaped Support body are attached, the passage of air to be cleaned for Filter element down to the passage cross section of all tubes of the first set locks.
  • the support body has a centrally formed bulge which is formed to the inlet air inlet portion.
  • the number, length and diameter of the tubes of the first and / or the second set of tubes depending on Sound characteristic of the internal combustion engine are set to thereby an optimal noise minimization of the intake noise of the internal combustion engine to reach.
  • the underlying the construction of the air filter according to the invention Method for reducing the intake noise of internal combustion engines is that the sound waves, which contrary to Air flow direction through the air outlet in the filter housing first pass through the venturi formed as a channel and doing in the gradually narrowing cross-section of the channel to the Walls of the channel are reflected and compressed. After going through the The narrowest part of the channel loses the kind of compacting sound waves by the abrupt cross-sectional widening of the channel to sound energy and arrive thereafter in the optionally provided pipe section of the channel. From this pipe section, the sound waves by a reversal of direction, for example, not less than 90 °, through the openings in the Peripheral wall of the pipe section led out, creating another Reduction of the sound energy is achieved.
  • the sound waves passed through the air filter element and learn the known, slight damping, which also in air filters according to the prior art is reached.
  • the sound waves After passing through the filter element, the sound waves enter the tubes of the first set of tubes, which advantageously according to Claim 4 are arranged so that a further reversal of direction of the Sound waves, e.g. by not less than 90 °, this takes place.
  • the first set of tubes which are easy in the direction of passage of the sound waves expand conically, the sound waves continue to lose energy.
  • the such sound attenuated sound waves arrive after exiting the first Set of tubes to the air inlet opening, which advantageously arranged so can be that a renewed change of direction of the sound waves at the exit through the air inlet opening with respect to the direction of passage of the tubes he follows.
  • Housing body and lid as well as arranged in the housing interior Components are advantageously made of a stiff and low-vibration Material, preferably a plastic produced. This will be the Sound radiation of the intake noise over the outer surfaces of the air filter and reduces the effect of the air filter itself as a resonant body. About that In addition, the air filter housing, as well as other components of the Air filters, reinforced by ribs such that the rigidity increases and larger resonance surfaces are avoided.
  • thermoplastic Primary molding process such as an injection molding process or a Thermoform process to produce.
  • FIGS. 1 and 3 The direction of air flow is indicated in FIGS. 1 and 3 by arrows.
  • FIGS. 1 and 2 In the embodiment of the invention shown in FIGS. 1 and 2 is at a cylindrical housing body 10 with air outlet 11, a housing cover 20 with air inlet opening 21 by means of conventional mounting brackets 22nd releasably secured.
  • a cylindrical filter element 30 is coaxial with the longitudinal axis 35 of the housing body within the filter housing and divides the interior of the filter housing in an intake air space 12, 15 and an outlet air space 13, 14 on.
  • the air outlet opening 11 facing side the filter element 30 by means of an elastic, annular radial seal 31st on to a housing 32 extending into the housing interior.
  • the filter element 30 At his the other end is the filter element 30 with an elastic, disc-shaped End cap 34 provided so that at this end no air in the axial direction can enter the interior of the filter element.
  • the elastic end cap 34 is supported by an annular elevation axially on a plate-shaped Supporting body 40 from.
  • the support body 40 is arranged rotationally symmetrically about the longitudinal axis 35. It has a larger diameter than the filter element 30 and divided the intake air space in an intake air inlet portion 15 and a Inlet air collection section 12.
  • the support body 40 is a first set several mutually parallel and circularly arranged tubes 41 in the outer region of the outlet opening facing side of the support body connected.
  • the tubes of the first set of tubes 41 are located axially parallel to the longitudinal axis 35 outside of the filter element 30. They run, starting from its attached to the support body 40 end to her freestanding end 42 conical to.
  • the plate-shaped support body 40 is supported in its outermost region axially on the Gepurekel 20.
  • the support body has in its inner diameter range, a curvature in the direction of the Inlet air inlet portion 15 is formed.
  • a Venturi nozzle formed channel 50 which the outlet air space in a Outlet air collecting section 13 and a channel section 14 divided.
  • the Channel 50 has at its the air inlet opening facing the end first pipe section 51 which extends axially on the elastic end cap 34 supported.
  • the first pipe section 51 has in its peripheral surface a Variety of square openings 52 on.
  • the first pipe section takes up about 1/8 of the total length of the channel. After this first pipe section narrows the channel over a length of about 1/8 its overall length by an inwardly convex, arcuate course its wall to about 1/3 of its diameter and widens immediately after its narrowest point over a length of about 5/8 of its Total length back to the original diameter.
  • the air flowing through the filter passes over the radial air inlet opening 21 and is directed to the inlet air inlet section 15 curved surface of the support body 40 deflected in the axial direction and to attached to the support body 40 ends of the tubes of the first set of tubes 41 headed.
  • the air passes the first set of tubes 41 and enters their free Ends 42 off. After that, it is deflected by not less than 90 ° and flows through the filter element 30 in the radial direction.
  • the air flows towards the end cap 34 of the filter element and enters radial direction through the apertures 52 in the first pipe section 51 in the Interior of the pipe section.
  • the air is deflected again in the axial direction and flows through the Venturi nozzle shaped channel 50 in the direction of Air outlet 11 and leaves the filter at the air outlet opening 11th
  • Sound waves emitted by the internal combustion engine 11 pass through the air filter opposite direction of the air flow and, like these, this deflected several times. They enter the air outlet 11 in the Air filter and are reflected by reflections to the funnel in the direction the pipe section 51 formed walls of the channel 50 and through the abrupt cross-sectional widening of the channel 50 just before the second Tube section 51 steamed.
  • the muffled sound waves penetrate this Filter element 30, occur at the free end 42 in the tubes of the first Tubing set 41 and go through these tubes in the direction of the Air intake opening. As a result, the sound waves continue to lose their sound energy. Leave such kind of subdued low intensity sound waves the air filter through the air inlet opening 21st
  • the channel 50 is in an alternative embodiment the invention by a pipe section 60 in the axial direction extended.
  • the pipe section 60 is supported by a first piece of pipe section 63 radially in the second pipe section 53 of the channel 50 from.
  • a second Pipe section 61 which with a variety of square Breakthroughs 62 is provided in the radial direction.
  • the pipe section 60 is in one piece with a pipe end cap 64, which the pipe piece 60th in the axial direction on the side facing away from the channel closes.
  • the Pipe end cap 64 is supported radially on the inner wall of the filter housing 10 off.
  • the pipe section 60 separates the duct section of the outlet air space from one further, also belonging to the outlet air space section, which around the Pipe 60 is arranged around, from.
  • This section is by a disc-shaped ring 70 in a Auslass Kunststoffvorröhrenabêt 73 and a Outlet air outlet section 74 divided.
  • the disk-shaped ring 70 has a second set of tubes 71 extending in the direction of Air outlet 11 extend and the outlet air pre-tube section 73 with connect to the outlet air outlet section 74.
  • This second set of tubes 71 is parallel to the first set of tubes 41 and is like this arranged concentrically about the central axis 35.
  • the tubes of the second movement 71 are shorter and have a larger diameter than the tubes of the first sentence 41.
  • the number of tubes of the second set is lower as that of the first sentence.
  • the disk-shaped ring 70 is at the outer Surface of the wall of the channel 60 immediately adjacent to attached second pipe section 61. At its outer circumference is supported the disk-shaped ring 70 on the wall of the housing body 10 from.
  • the air outlet 11 is in the alternative embodiment of the Air filter inserted in the radial direction in the housing body 10 and vented the outlet air outlet portion 74.
  • the air flows through the same way as in the previously described embodiment the Inlet air inlet section 15, the first set of tubes 41, the filter element 30, the apertures 52 and the Venturi nozzle shaped channel 50.
  • From the Channel 50 flows the air in the axial direction in the pipe section 60 and is off this pipe section 60 through the openings 62 in the radial direction led out and thereby redirected accordingly.
  • the air collects in the Auslass Kunststoffvorröhrenabêt 73 and is in the axial direction through the second Set of tubes 71 in the outlet air outlet section 74 passed.
  • From the outlet air outlet section 74 The air is redirected by not less than 90 ° by the radially arranged air outlet 11 led out of the filter housing.
  • the sound waves emitted by the internal combustion engine 11 are caused by the additional Deflection in the outlet air outlet section 74, in Outlet air pre-pipe section 73 and in the second pipe section 62 as well additionally damped by the passage of the tubes 71.

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftfilter für Verbrennungsmotoren, welcher ein aus einem Gehäusekörper und einem Gehäusedeckel bestehendes Filtergehäuse aufweist, welches eine Lufteinlassöffnung, eine Luftauslassöffnung und ein innerhalb des Filtergehäuses angeordnetes Filterelement aufweist, welches den Innenraum des Filtergehäuses in einen Einlass- und einen Auslassluftraum unterteilt.
Luftfilter der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt. Dabei sind verschiedene Formen des Filtergehäuses gebräuchlich, unter anderem quaderförmige und zylinderförmige Filtergehäuse. Ebenso sind vielfältige Formen des Filterelements gebräuchlich, wie quaderförmige Filterelemente mit rechteckigem Querschnitt und zylinderförmige Filterelemente mit ringförmigem Querschnitt und viele andere. Solche Luftfilter sind regelmäßig im Ansaugtrakt von Verbrennungsmotoren angeordnet und haben die Aufgabe, die vom Verbrennungsmotor angesaugte Umgebungsluft zu reinigen.
Aus dem DE-A-198 10 633 ist ein Luftfilter für eine Brennkraftmaschine bekannt. Dieser besteht aus einem Gehäuse, einem Rohlufteinlass, einem Reinluftauslass sowie einem in dem Gehäuse angeordneten hohlzylindrischen Filterelement. In die hohlzylindrische Öffnung des Filterelements erstreckt sich ein Diffusor um die Pulsationsschwingungen der Ansaugluft zu reduzieren.
Bei der Ansaugung der Umgebungsluft durch den Verbrennungsmotor entstehen insbesondere durch die Bewegung der Ventile im Ansaugtrakt und in den Zylindern der Motoren Ansauggeräusche.
Diese Ansauggeräusche werden einerseits durch indirekte Schallabstrahlung über die Gehäuseteile des Verbrennungsmotors und des Ansaugtrakts abgestrahlt. Der größte Teil der Schallenergie der Ansauggeräusche wird jedoch mittels direkter Schallleitung durch die im Ansaugtrakt und im Luftfilter befindliche Luft in die Umgebung emittiert. Diese Schallenergie kann einen beträchtlichen Anteil des insgesamt von dem Verbrennungsmotor emittierten Schalls ausmachen. Umweltschutz und sich regelmäßig verschärfende Lärmvorschriften für Verbrennungsmotoren erfordern daher Maßnahmen zur Reduktion der emittierten Schallenergie des Ansauggeräusches.
Zwar wird durch die Luftführung innerhalb des Filtergehäuses und durch das Luftfilterelement hindurch die Energie der entgegen der Luftströmungsrichtung laufenden Schallwellen im Ansaugtrakt geringfügig reduziert, jedoch sind für eine wirkungsvolle Dämpfung der Ansauggeräusche weitere Maßnahmen erforderlich. Bei diesen Maßnahmen sind die regelmäßig beengten Platzverhältnisse des Verbrennungsmotors in bestimmten Einbausituationen zu berücksichtigen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche bei geringem Platzbedarf die Ansauggeräusche von Verbrennungsmotoren reduziert.
Die Aufgabe wird durch einen im Ansaugtakt eines Verbrennungsmotors angeordneten Luftfilter gelöst, welcher gemäß Anspruch 1 innerhalb des Luftfiltergehäuses verschiedene, zusammenwirkende Elemente zur Reduktion der Schallenergie des Ansauggeräusches aufweist.
Der erfindungsgemäße Luftfilter umfasst ein Filtergehäuse, welches aus einem Gehäusekörper und einem Gehäusedeckel besteht und in seinem Inneren ein Filterelement aufnimmt. Im Filtergehäuse befinden sich eine Lufteinlassöffnung, durch welche die aus der Umgebung angesaugte Luft in das Luftfiltergehäuse eintreten kann und eine Luftauslassöffnung, durch welche die im Luftfilter gereinigte Luft das Luftfiltergehäuse in Richtung des Verbrennungsmotors verlassen kann. Das Luftfilterelement teilt das Filtergehäuse in einen Einlassluftraum, welcher aus einem durch die Lufteinlassöffnung belüfteten Einlasslufteingangsabschnitt und einem Einlassluftsammelabschnitt besteht und einen Auslassluftraum, welcher durch die Luftauslassöffnung entlüftet wird.
Im Einlassluftraum ist ein erster Satz Röhren angeordnet, welche den Einlasslufteingangsabschnitt mit dem Einlassluftsammelabschnitt verbinden und durch welche die gesamte, den Filter durchströmende Luft geleitet wird. Nachdem die Luft den im Einlassluftraum befindlichen ersten Satz Röhren passiert hat, wird sie durch das Filterelement geleitet und in üblicher Weise gereinigt. Das Filterelement kann, wie oben ausgeführt, verschiedene Formgebungen aufweisen. Übliche Filterelemente bestehen regelmäßig aus einem mehrfach gefalteten Papiermedium, welches Poren mit einem bestimmten Durchmesser oder innerhalb eines bestimmten Durchmesserbereichs aufweist.
Nachdem die Luft das Luftfilterelement passiert hat, wird sie in einen speziell geformten Kanal geleitet. Dieser Kanal ist als Venturi-Düse geformt, deren Engstelle in Luftströmungsrichtung nach einer steilen Querschnittsverengung des Kanals nahe dem Lufteintrittsort des Kanals liegt. Hinter der engsten Stelle erweitert sich der Kanal bis auf seinen ursprünglichen Querschnitt in einem flachen Verlauf. Der Kanal unterteilt den Auslassluftraum in einen Auslassluftsammelabschnitt und einen Kanalabschnitt und leitet die gesamte den Filter durchströmende Luft zur Luftauslassöffnung, wo sie das Filtergehäuse verlässt und durch Kanäle des Ansaugtrakts zum Verbrennungsmotor geleitet wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Luft nach Durchtritt durch das Filterelement in einem Rohrabschnitt des Kanals gesammelt, in den sie durch eine Vielzahl von Durchbrüchen, vorzugsweise quadratischen Durchbrüchen, in der Umfangswand des Rohrabschnitts eintreten kann. Aus diesem Rohrabschnitt wird die Luft in axialer Richtung in den als Venturi-Düse geformten Kanalabschnitt geleitet.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Luft nach Durchtritt durch den als Venturi-Düse geformten Kanal durch radiale Durchbrüche in einem als Rohrabschnitt ausgebildeten Kanalteil zur Luftaustrittsöffnung strömt.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist im Auslassluftraum ein zweiter Satz Röhren angeordnet, welche den Auslassluftraum in einen Auslassluftvorröhrenabschnitt und einen Auslassluftausgangsabschnitt unterteilen. Durch diesen zweiten Satz Röhren tritt die durch den Kanalabschnitt strömende Luft hindurch und wird zur Luftauslassöffnung geleitet.
Eine weitere Ausbildungsform der Erfindung sieht vor, dass das Filtergehäuse und das Filterelement eine Zylinderform aufweisen. Hierbei kann der als Venturi-Düse ausgebildete Kanal und die im Einlassluftraum angeordneten Röhren achsparallel zur Mittelachse des Filterelements ausgerichtet sein.
Eine weitere Ausbildungsform der Erfindung sieht vor, dass der erste Satz Röhren auf der Lufteinlassseite der Röhren an einem tellerförmig ausgebildeten Tragkörper befestigt sind, der den Durchtritt von zu reinigender Luft zum Filterelement bis auf den Durchtrittsquerschnitt aller Röhren des ersten Satzes sperrt. Vorzugsweise kann der Tragkörper eine mittig ausgebildete Auswölbung aufweisen, welche zum Einlasslufteingangsabschnitt ausgeformt ist.
Schließlich kann bei einem für einen bestimmten Verbrennungsmotor verwendeten Luftfilter die Anzahl, die Länge und der Durchmesser der Röhren des ersten und/oder des zweiten Satzes Röhren in Abhängigkeit der Schallcharakteristik des Verbrennungsmotors festgelegt werden, um dadurch eine optimale Geräuschminimierung der Ansauggeräusche des Verbrennungsmotors zu erreichen.
Das dem Aufbau des erfindungsgemäßen Luftfilters zugrunde liegende Verfahren zum Reduzieren der Ansauggeräusche von Verbrennungsmotoren besteht darin, dass die Schallwellen, welche entgegen der Luftströmungsrichtung durch die Luftauslassöffnung in das Filtergehäuse gelangen, zunächst den als Venturi-Düse ausgebildeten Kanal durchlaufen und dabei in dem sich allmählich verengenden Querschnitt des Kanals an den Wänden des Kanals reflektiert und komprimiert werden. Nach Durchlaufen der engsten Stelle des Kanals verlieren die solcher Art verdichtenden Schallwellen durch die abrupte Querschnittserweiterung des Kanals an Schallenergie und gelangen hiernach in den optional vorgesehenen Rohrabschnitt des Kanals. Aus diesem Rohrabschnitt werden die Schallwellen durch eine Richtungsumkehr, beispielsweise von nicht weniger als 90°, durch die Durchbrüche in der Umfangswand des Rohrabschnitts herausgeleitet, wodurch eine weitere Verringerung der Schallenergie erreicht wird. Hiernach werden die Schallwellen durch das Luftfilterelement geleitet und erfahren hierbei die bekannte, geringfügige Dämpfung, welche auch in Luftfiltern nach Stand der Technik erreicht wird. Nach Durchtritt durch das Filterelement treten die Schallwellen in die Röhren des ersten Röhrensatzes ein, welche vorteilhafter Weise nach Anspruch 4 so angeordnet sind, dass eine weitere Richtungsumkehr der Schallwellen, z.B. um nicht weniger als 90°, hierbei erfolgt. Bei Durchlauf des ersten Satzes Röhren, welche sich in Durchlaufrichtung der Schallwellen leicht konisch erweitern können, verlieren die Schallwellen weiter an Energie. Die solcher Art gedämpften Schallwellen gelangen nach Austritt aus dem ersten Satz Röhren zur Lufteinlassöffnung, welche vorteilhafterweise so angeordnet sein kann, dass eine erneute Richtungsänderung der Schallwellen beim Austritt durch die Lufteinlassöffnung in Bezug auf die Durchlaufrichtung der Röhren erfolgt.
Gehäusekörper und -deckel sowie die im Gehäuseinnenraum angeordneten Bauelemente sind vorteilhafterweise aus einem steifen und schwingungsarmen Werkstoff, vorzugsweise einem Kunststoff, hergestellt. Hierdurch wird die Schallabstrahlung des Ansauggeräusches über Aussenflächen des Luftfilters und die Wirkung des Luftfilters selbst als Resonanzkörper verringert. Darüber hinaus kann das Luftfiltergehäuse, ebenso wie andere Bauelemente des Luftfilters, durch Rippen derart verstärkt werden, dass die Steifigkeit erhöht und größere Resonanzflächen vermieden werden.
Mit dem Ziel einer rationellen Fertigung ist vorgesehen, sämtliche Bauteile des Filters, mit Ausnahme des Filterelements selbst, mittels eines thermoplastischen Urformverfahrens, wie z.B. eines Spritzgussverfahrens oder eines Thermoformverfahrens, herzustellen.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1
eine teilgeschnittene Längsansicht des Filters;
Fig. 2
eine perspektivische Explosionsdarstellung des Filters.
Fig. 3
eine teilgeschnittene Längsansicht einer alternativen Ausführungsform des Filters;
Fig.4
eine perspektivische Explosionsdarstellung einer alternativen Ausführungsform des Filters.
Die Luftströmungsrichtung ist in Fig. 1 und 3 durch Pfeile gekennzeichnet.
Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist an einem zylindrischen Gehäusekörper 10 mit Luftauslassöffnung 11 ein Gehäusedeckel 20 mit Lufteinlassöffnung 21 mittels üblicher Befestigungsklammern 22 lösbar befestigt. Ein zylindrisches Filterelement 30 liegt koaxial zur Längsachse 35 des Gehäusekörpers innerhalb des Filtergehäuses und teilt den Innenraum des Filtergehäuses in einen Einlassluftraum 12, 15 und einen Auslassluftraum 13, 14 auf. Auf seiner einen, der Luftauslassöffnung 11 zugewandten Seite liegt das Filterelement 30 mit- tels einer elastischen, ringförmigen Radialdichtung 31 an einem sich ins Gehäuseinnere erstreckenden Stutzen 32 an. An seinem anderen Ende ist das Filterelement 30 mit einer elastischen, scheibenförmigen Endkappe 34 versehen, so dass an diesem Ende keine Luft in axialer Richtung in das Innere des Filterelements eintreten kann. Die elastische Endkappe 34 stützt sich mittels einer ringförmigen Erhebung axial an einem tellerförmigen Tragkörper 40 ab.
Der Tragkörper 40 ist rotationssymmetrisch um die Längsachse 35 angeordnet. Er weist einen größeren Durchmesser auf als das Filterelement 30 und unterteilt den Einlassluftraum in einen Einlasslufteingangsabschnitt 15 und einen Einlassluftsammelabschnitt 12. Mit dem Tragkörper 40 ist ein erster Satz mehrerer parallel zueinander stehender und kreisförmig angeordneter Röhren 41 im äußeren Bereich der zur Auslassöffnung weisenden Seite des Tragkörpers verbunden. Die Röhren des ersten Satzes Röhren 41 liegen achsparallel zur Längsachse 35 außerhalb des Filterelements 30. Sie laufen, ausgehend von ihrem am Tragkörper 40 befestigten Ende, zu ihrem freistehenden Ende 42 konisch zu. Der tellerförmige Tragkörper 40 stützt sich in seinem äußersten Bereich axial am Gehäusedekel 20 ab. Der Tragkörper weist in seinem inneren Durchmesserbereich eine Wölbung auf, die in Richtung des Einlasslufteingangsabschnitts 15 ausgeformt ist.
Durch die Befestigung des Gehäusedeckels 20 auf dem Gehäusekörper 10 mittels der üblichen Befestigungsklammern 22 werden die axialen Auflageflächen des Gehäusedeckels gegen den Tragkörper 40, des Tragkörpers 40 gegen die elastische Endkappe 34, des Filterelements 30 gegen die elastische Endkappe 34 und das ringförmige Dichtelement 31 und des ringförmigen Dichtelements 31 gegen die innere Gehäusekörperstirnseite 33 gepresst. So wird eine Fixierung des Filterelements und des Tragkörpers mit den daran angegossenen Röhren innerhalb des Filtergehäuses erreicht.
Innerhalb des zylindrischen Filterelements 30 ist ein als Venturi-Düse ausgeformter Kanal 50 angeordnet, welcher den Auslassluftraum in einen Auslassluftsammelabschnitt 13 und einen Kanalabschnitt 14 unterteilt. Der Kanal 50 weist an seinem der Lufteintrittsöffnung zugewandten Ende einen ersten Rohrabschnitt 51 auf, welcher sich axial auf der elastischen Endkappe 34 abstützt. Der erste Rohrabschnitt 51 weist in seiner Umfangsfläche eine Vielzahl von quadratischen Durchbrüchen 52 auf. Der erste Rohrabschnitt nimmt etwa 1/8 der Gesamtlänge des Kanals ein. Anschließend an diesen ersten Rohrabschnitt verengt sich der Kanal über eine Länge von etwa 1/8 seiner Gesamtlänge durch einen nach innen konvexen, bogenförmigen Verlauf seiner Wandung auf etwa 1/3 seines Durchmessers und erweitert sich unmittelbar nach seiner engsten Stelle über eine Länge von etwa 5/8 seiner Gesamtlänge wieder auf den ursprünglichen Durchmesser. Hieran anschließend weist der Kanal 50 im Bereich vor der Auslassöffnung 11 einen kurzen zweiten rohrförmigen Abschnitt 53 auf, welcher etwa 1/8 seiner Gesamtlänge einnimmt. Mit diesem zweiten Rohrabschnitt stützt sich der Kanal 50 an seiner der Luftauslassöffnung zugewandten Seite radial innerhalb des am Gehäusekörper 10 angegossenen Stutzten 32 ab.
Die den Filter durchströmende Luft tritt über die radiale Lufteinlassöffnung 21 ein und wird über die zum Einlasslufteingangsabschnitt 15 weisende ausgewölbte Fläche des Tragkörpers 40 in axialer Richtung umgelenkt und zu den im Tragkörper 40 befestigten Enden der Röhren des ersten Röhrensatzes 41 geleitet. Die Luft passiert den ersten Satz Röhren 41 und tritt an deren freien Enden 42 aus. Hiernach wird sie um nicht weniger als 90° umgelenkt und durchströmt das Filterelement 30 in radialer Richtung. Im Luftauslassraum strömt die Luft in Richtung der Endkappe 34 des Filterelements und tritt in radialer Richtung durch die Durchbrüche 52 im ersten Rohrabschnitt 51 in das Innere des Rohrabschnitts ein. Die Luft wird erneut in Axialrichtung umgelenkt und durchströmt den als Venturi-Düse geformten Kanal 50 in Richtung der Luftauslassöffnung 11 und verlässt den Filter an der Luftauslassöffnung 11.
Vom Verbrennungsmotor 11 emittierte Schallwellen durchlaufen den Luftfilter in entgegengesetzter Richtung der Luftströmung und werden, ebenso wie diese, hierbei mehrfach umgelenkt. Sie treten in die Luftauslassöffnung 11 in den Luftfilter ein und werden durch Reflexionen an den trichterförmig in Richtung des Rohrabschnitts 51 ausgebildeten Wänden des Kanals 50 und durch die abrupte Querschnittserweiterung des Kanals 50 kurz vor dem zweiten Rohrabschnitt 51 gedämpft. Die gedämpften Schallwellen durchdringen das Filterelement 30, treten am freien Ende 42 in die Röhren des ersten Röhrensatzes 41 ein und durchlaufen diese Röhren in Richtung auf die Lufteintrittsöffnung. Hierdurch verlieren die Schallwellen weiter an Schallenergie. Die solcher Art gedämpften Schallwellen geringer Intensität verlassen den Luftfilter durch die Lufteintrittsöffnung 21.
Bezug nehmend nun zu Fig. 3 und 4 ist der Kanal 50 bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung durch ein Rohrstück 60 in axialer Richtung verlängert. Das Rohrstück 60 stützt sich mit einem ersten Rohrstückabschnitt 63 radial im zweiten Rohrabschnitt 53 des Kanals 50 ab. An seinem dem Kanal 50 abgewandten Ende weist das Rohrstück 60 einen zweiten Rohrstückabschnitt 61 auf, welcher mit einer Vielzahl von quadratischen Durchbrüchen 62 in radialer Richtung versehen ist. Das Rohrstück 60 ist einstückig mit einer Rohrstückendkappe 64 versehen, welche das Rohrstück 60 in axialer Richtung auf der dem Kanal abgewandten Seite verschließt. Die Rohrstückendkappe 64 stützt sich radial an der Innenwand des Filtergehäuses 10 ab.
Das Rohrstück 60 trennt den Kanalabschnitt des Auslassluftraums von einem weiteren, ebenfalls zum Auslassluftraum gehörenden Abschnitt, welcher um das Rohrstück 60 herum angeordnet ist, ab. Dieser Abschnitt wird durch einen scheibenförmigen Ring 70 in einen Auslassluftvorröhrenabschnitt 73 und einen Auslassluftausgangsabschnitt 74 unterteilt. Der scheibenförmige Ring 70 weist einen zweiten Satz Röhren 71 auf, welche sich in Richtung der Luftauslassöffnung 11 erstrecken und den Auslassluftvorröhrenabschnitt 73 mit dem Auslassluftausgangsabschnitt 74 verbinden. Dieser zweite Satz Röhren 71 liegt parallel zu dem ersten Satz Röhren 41 und ist ebenso wie dieser konzentrisch um die Mittelachse 35 angeordnet. Die Röhren des zweiten Satzes 71 sind kürzer und weisen einen größeren Durchmesser als die Röhren des ersten Satzes 41 auf. Die Anzahl der Röhren des zweiten Satzes ist geringer als diejenige des ersten Satzes. Der scheibenförmige Ring 70 ist an der äußeren Oberfläche der Wandung des Kanals 60 unmittelbar benachbart zum zweiten Rohrstückabschnitt 61 befestigt. An seinem äußeren Umfang stützt sich der scheibenförmige Ring 70 an der Wand des Gehäusekörpers 10 ab.
Die Luftauslassöffnung 11 ist bei der alternativen Ausführungsform des Luftfilters in radialer Richtung in den Gehäusekörper 10 eingesetzt und entlüftet den Auslassluftausgangsabschnitt 74.
Bei der alternativen Ausführungsform des Luftfilters durchströmt die Luft in gleicher Weise wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform den Einlasslufteingangsabschnitt 15, den ersten Satz Röhren 41, das Filterelement 30, die Durchbrüche 52 und den als Venturi-Düse geformten Kanal 50. Aus dem Kanal 50 strömt die Luft in axialer Richtung in das Rohrstück 60 und wird aus diesem Rohrstück 60 durch die Durchbrüche 62 in radialer Richtung herausgeleitet und hierbei entsprechend umgelenkt. Die Luft sammelt sich im Auslassluftvorröhrenabschnitt 73 und wird in axialer Richtung durch den zweiten Satz Röhren 71 in den Auslassluftausgangsabschnitt 74 geleitet. Hierbei strömt die Luft entgegensetzt zu der Richtung, durch die sie den als Venturi-Düse geformten Kanal 50 durchströmte. Aus dem Auslassluftausgangsabschnitt 74 wird die Luft unter erneuter Umlenkung um nicht weniger als 90° durch die radial angeordnete Luftauslassöffnung 11 aus dem Filtergehäuse herausgeführt.
Die vom Verbrennungsmotor 11 emittierten Schallwellen werden durch die zusätzliche Umlenkung im Auslassluftausgangsabschnitt 74, im Auslassluftvorröhrenabschnitt 73 und im zweiten Rohrstückabschnitt 62 sowie durch die Passage der Röhren 71 zusätzlich gedämpft.

Claims (15)

  1. Luftfilter für Verbrennungsmotoren, umfassend
    ein aus einem Gehäusekörper (10) und einem Gehäusedeckel (20) bestehendes Filtergehäuse mit einer Lufteinlassöffnung (21) und einer Luftauslassöffnung (11),
    ein Filterelement (30), welches innerhalb des Filtergehäuses angeordnet ist, dieses in einen aus einen Einlasslufteingangsabschnitt (15) und Einlassluftsammelabschnitt (12) bestehenden Einlassluftraum und einen Auslassluftraum (13, 14) aufteilt,
    ein im Auslassluftraum angeordneter Kanal welcher als Venturi-Düse geformt ist,
    der sich von einer hinter seinem Lufteinlass liegenden Engstelle aus in Richtung seines Luftauslasses mit geringer Steigung erweitert,
    den Auslassluftraum in einen Auslassluftsammelabschnitt (13) und einen innerhalb des Kanals liegenden Kanalabschnitt (14) unterteilt und
    den Auslassluftsammelabschnitt (13) mit der Luftauslassöffnung (11) verbindet.
    dadurch gekennzeichnet, dass im Einlassluftraum ein erster Satz Röhren (41) angeordnet ist, dessen Röhren den Einlasslufteingangsabschnitt (15) und den Einlassluftsammelabschnitt (12) verbinden.
  2. Luftfilter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteinlass des als Venturi-Düse ausgebildeten Kanals (50) als ein mit einer Vielzahl von Durchbrüchen (52) versehener Rohrabschnitt (51) ausgebildet ist.
  3. Luftfilter nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Luftauslass des als Venturi-Düse ausgebildeten Kanals (50) als ein mit einer Vielzahl von Durchbrüchen (55) versehener Rohrabschnitt (54) ausgebildet ist.
  4. Luftfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Auslassluftraum ein zweiter Satz Röhren (71) angeordnet ist, dessen Röhren den Kanalabschnitt (14) mit der Luftauslassöffnung (11) verbinden.
  5. Luftfilter nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Röhren des zweiten Röhrensatzes (71) kürzer sind und/oder einen größeren Durchmesser aufweisen als die Röhren des ersten Röhrensatzes (41).
  6. Luftfilter nach einem der Ansprüche 2, 3, 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (52) quadratische ausgebildet sind.
  7. Luftfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass Filtergehäuse (10, 20) und Filterelement (30) zylindrisch ausgebildet sind.
  8. Luftfilter nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der als Venturidüse ausgebildete Kanal (50) und der im Einlassluftraum angeordnete erste Satz Röhren (41) und/oder der im Auslassluftraum angeordnete zweite Satz Röhren (71) achsparallel zur Mittelachse (35) des Filterelements ausgerichtet sind.
  9. Luftfilter nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Röhren des ersten Röhrensatzes (41) auf ihrer Lufteinlassseite an einem tellerförmig ausgebildeten Tragkörper befestigt sind, der den Durchtritt von zu reinigender Luft zum Filterelement (30) bis auf den Durchtrittsquerschnitt aller Röhren, des ersten Röhrensatzes (41) sperrt.
  10. Luftfilter nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass der tellerförmig ausgebildete Tragkörper (40) in seinem inneren Durchmesserbereich eine zum Einlasslufteingangsabschnitt (15) ausgeformte Wölbung aufweist.
  11. Luftfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der als Venturidüse ausgebildete Kanal (50) innerhalb des Filterelements (30) liegt und der erste Satz Röhren (41) nahe der äußeren Umfangsfläche Filterelements (30) angeordnet sind.
  12. Luftfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteinlassöffnung (21), der Einlasslufteingangsabschnitt (15), der erste Satz Röhren (41), der Einlassluftsammelabschnitt (12), das Filterelement (30), der Auslassluftsammelabschnitt (13), der Kanalabschnitt (14) und die Luftauslassöffnung (11) funktional aufeinanderfolgend im Luftfilter angeordnet sind, so dass die Strömungsrichtung der Luft sich beim Passieren der Abschnitte mehrfach ändert.
  13. Luftfilter nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche das Rohrstück (60), der Auslassluftvorröhrenabschnitt (73), der zweite Satz Röhren (71) und der Auslassluftausgangsabschnitt (74) funktional aufeinanderfolgendend dem Luftfilter angeordnet sind, so dass die Strömungsrichtung der Luft sich beim Passieren der Abschnitt mehrfach ändert.
  14. Luftfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Röhren des ersten Röhrensatzes (41) und/oder des zweiten Röhrensatzes (71) in Luftströmungsrichtung konisch zulaufen.
  15. Luftfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass zur Geräuschminimierung die Anzahl, die Länge und der Durchmesser der Röhren des ersten Röhrensatzes (41) und/oder des zweiten Röhrensatzes (71) in Abhängigkeit der Schallcharakteristik des Verbrennungsmotors festgelegt sind.
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